操作系统概述与分类

操作系统（operation system，简称OS）是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序。操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入设备与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务。操作系统也提供一个让用户与系统交互的操作界面。

操作系统

• 概述
  • 定义
    • 管理计算机硬件与软件资源
    • 计算机程序
  • 发展
    • Monitor
    • FMS(Fortran Monitor System)
    • CTSS兼容分时系统
    • MULTICS
    • System/360
    • Unix
    • PC机上的操作系统CP/M
    • IBM的PC和DOS
    • Apple公司的Macintosh
    • 大三学生Linus的Linux
  • 特点
    • 1.虚拟
      • 利用某种技术将少的物理资源演变为多的逻辑上的对应资源
      • 还包括将慢的虚拟成快的、容量小的虚拟成容量大的、不能共享的虚拟成能共享的等
      • 表现
        • 虚拟存储器
        • 虚拟设备
        • 虚拟机
    • 2.共享
      • 操作系统中的资源可被多个并发执行的进程所使用
      • 共享方式
        • 同时共享
          • 同时具有使用权
          • 如内存空间、磁盘空间
          • 涉及透明资源共享(资源隔离与授权访问)
        • 互斥共享
          • 轮流使用
          • 如CPU、I/O设备
          • 涉及显式资源共享(临界资源与独占访问)
    • 3.并发
      • 在一个时间段内，多个程序处于宏观的运行状态，并发推进
      • 优点
        • 在一个时间段内，多个程序(进程)并发推进，共享系统资源
        • 发挥并发性能够消除系统中部件和部件之间的相互等待，有效的改善系统资源的利用率
      • 实质
        • 一个CPU(多个CPU)在若干道程序之间多路复用
      • 目的
        • 让有限的物理资源实现多用户共享，以提高效率
    • 4.异步
      • 异步性也被称为不确定性，指的是并发进程的推进速度不可预知
      • 每个进程在某一时刻所处的状态以及资源拥有情况不是提前安排好的，而是系统动态运行过程中通过管理调度形成的
      • 异步性特征是并发性和共享性带来的结果
      • 会给系统带来潜在的危险
  • 用户态和内核态
    • 内核态可以执行特权指令，用户态不行
    • 中断(外中断)
      • 处理器和内存以外部件引起的中断
      • 硬件中断
        • 外部设备带来的中断，如i/o设备发出的中断，外部信号中断(如按esc键)
      • 时钟中断
        • 定时器引起的中断
    • 异常(内中断、异常、陷入)
      • 处理器和内存内部产生的中断
      • 软件中断
      • 系统调用
      • 程序的非法操作码
        • 算术操作溢出
        • 存取访问控制错
        • 非法指令
        • 校验错
        • 除数为零
        • 地址越界(非法)
        • 数据格式非法
      • 正常问题
        • 虚拟系统的缺页
        • 用户从用户态转到内核态(访管指令)
          • 专门的陷入指令
        • 用户执行特权指令
        • 时间片中断
      • 硬件故障
        • 处理器或内存出问题
  • 目标
    • 方便用户使用
    • 管理系统资源
    • 提高系统效率
    • 扩大机器功能
    • 构筑开发环境
  • 技术
    • 资源复用
      • 解决物理资源数量不足
      • 空分复用共享
      • 时分复用共享
    • 资源虚拟
      • 解决物理资源不足
      • 提高服务能力和水平
    • 资源抽象
      • 处理系统的复杂性
      • 解决资源的易用性
      • 对于一类资源，操作系统往往同时实施几种资源管理技术
• 分类
  • 处理方式
    • 批处理
      • 单道批处理
        • 成批提交
        • 单道装入
        • 顺序运行
      • 多道批处理
        • 多道程序设计基础
        • 允许多个程序同时进入一个计算机系统的主存储器并启动进行计算的方法
        • 成批处理过程中无交互性
        • 用户作业的等待时间长
    • 分时处理（会话型处理)
      • 特征
        • 同时性
        • 交互性
        • 独占性
        • 及时性
        • 强调交互性
      • 了不起的·分时技术
    • 实时处理
      • 特征
        • 对时间有严格限制和要求
        • 突出了系统处理的及时性和响应性
      • 实现方式
        • 硬式实时系统
          • 对时间严格约束
        • 软式实时系统
          • 对时间限制稍弱
  • 体系结构
    • 简单体系结构
    • 单体内核结构
    • 层次式结构
    • 微内核结构
    • 外核结构
  • 终端
    • 移动端
      • Symbiain（诺基亚）
        • Symbian UIQ、S40、S60 2nd、S60 3nd 、s60 5nd、S80 、S90
      • Windows Mobile（微软）
      • Windows CE
        • 酷派、魅族
      • Iphone OS（苹果）
        • IOS 1.0~12
        • 闭源
      • BlackBerry（黑莓）
      • Palm
        • Palm Web OS
      • Linux
      • Android（谷歌）
        • Android 1.0~11
        • 开源
      • Harmony（鸿蒙）
        • 2.0 beta
    • PC端
      • Unix
        • 昂贵
        • FreeBSD
          • 网络服务器
      • DOS
        • MS-DOS 1.0~8.0
        • 远古霸主
      • Windows
        • XP
        • Win7
        • Win8
        • Win10
        • 普及
      • Linux
        • CentOS
          • 免费
        • Mandriva
          • 友好的操作界面
          • 部分版本bug较多
        • Red Hat
          • 数量庞大的用户
          • 免费版(Fedora Core)版本生命周期太短，多媒体支持不佳
        • SUSE
          • 专业，易用
          • FTP发布通常要比零售版晚1~3个月
        • Debian
          • 免费
          • 安装相对不易，stable分支的软件极度过时
        • Ubuntu
          • 人气颇高
          • 还未建立成熟的商业模式
        • 免费开源
      • NetWare
      • Mac OS
        • Classic Mac OS
        • OS X/macOS
          • macOS 10.14 "Mojave"
          • macOS 10.15 "Catalina"
          • macOS 11.0 "Big Sur"
    • 嵌入式
      • VxWorks
      • eCos
      • Symbian OS
      • Palm OS
      • Linux
• 功能
  • 用户和接口管理
    • 负责用户身份核准，操作权限管理，以及各种人机接口的实现
    • 用户管理
    • 用户组管理
    • 联机接口管理
    • 脱机接口管理
    • 程序级接口管理
  • 处理机管理(进程管理)
    • 围绕CPU的调度，负责管理、控制用户程序的动态执行过程
    • 进程控制和管理
    • 进程同步和互斥
    • 进程通信
    • 进程死锁
    • 线程控制和管理
    • 四级调度
  • 存储管理
    • 负责·为正在运行的程序分配内存空间，并实现地址和空间有关的管理功能
    • 内存分配
    • 地址转换
    • 存储保护
    • 内存共享
    • 存储扩充
  • 设备管理
    • 负责外存和I/O设备的分配，驱动和调度控制，以及实现外设读写的相关机制
    • 设备的分配和回收
    • 设备的驱动调度
    • 实现逻辑设备到物理设备的映射
    • 提供设备中断处理
    • 提供缓冲区管理
    • 实现虚拟设备
  • 文件管理
    • 对文件存储器的存储空间进行组织，分配和回收，负责文件的存储，检索，共享和保护
    • 提供文件的逻辑组织方法
    • 提供文件的物理组织方法
    • 提供文件的存取和使用方法
    • 实现文件的目录管理
    • 实现文件的共享和安全性控制
    • 实现文件的存储空间管理